清水營煤礦束管監(jiān)測系統(tǒng)升級改造技術(shù)研究

文/劉 志

一、束管監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

神華寧夏煤業(yè)集團清水營煤礦現(xiàn)用束管監(jiān)測系統(tǒng)為SG-2003型井下火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)自2008年安裝使用至今已有10年，設(shè)備老化嚴重、穩(wěn)定性差、數(shù)據(jù)分析誤差大。地面部分安裝在中心站內(nèi)，井下束管主管路由地面管溝經(jīng)一號副斜井、+1265水平車場、回風(fēng)斜井敷設(shè)至采煤工作面，主要對工作面及采空區(qū)內(nèi)O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等 氣體含量進行采樣分析。隨著礦井開拓延伸，束管抽氣距離變長，數(shù)據(jù)采集難度大，現(xiàn)有束管監(jiān)測系統(tǒng)已無法滿足礦井自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報工作需要。

二、束管監(jiān)測系統(tǒng)升級改造的必要性研究

1. 束管監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)階段存在的主要問題

（1）色譜儀部分電路板老化，運行不穩(wěn)定；（2）穩(wěn)壓閥、穩(wěn)流閥長時間未使用，漏氣，無法正常工作；（3）儀器控溫失常，造成色譜柱燒壞；（4）氫氣發(fā)生器電解池?zé)龎牟荒苷９ぷ?、空氣發(fā)生器屬老產(chǎn)品，現(xiàn)已無更換配件；（5）氣體分析采樣柜，切換閥不能正常工作，漏氣現(xiàn)象嚴重；（6）主機系統(tǒng)運行緩慢，出現(xiàn)死機現(xiàn)象；（7）真空泵已損壞，不能正常工作。

2.束管監(jiān)測系統(tǒng)升級改造的必要性研究

（1）目前使用的束管監(jiān)測系統(tǒng)需要將采煤工作面氣樣采集至地面進行分析，束管最遠敷設(shè)距離長達10km，束管敷設(shè)路線長，抽氣阻力大、時間長，束管維護工作量大，采集的氣樣真實性差、數(shù)據(jù)誤差大。因此，急需升級改造束管監(jiān)測系統(tǒng)。

（2）束管監(jiān)測系統(tǒng)改造后，將現(xiàn)有的地面固定式負壓抽氣束管監(jiān)測系統(tǒng)改造為井下移動式正壓輸氣束管監(jiān)測系統(tǒng)，能夠提高采集氣樣的真實性、準(zhǔn)確性，縮短束管采樣分析周期，同時在特殊情況下還可實現(xiàn)連續(xù)抽氣檢測，便于及時準(zhǔn)確地分析自然發(fā)火狀況。

三、井下微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用分析研究

1.使用井下微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)的可行性

根據(jù)清水營煤礦火災(zāi)防治情況，檢測采空區(qū)是否自然發(fā)火防治是通過檢測采空區(qū)O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等 指標(biāo)性氣體含量來判斷，傳統(tǒng)的井下紅外、激光束管監(jiān)測系統(tǒng)均無法分析C2H6氣體含量，無法有效判斷采空區(qū)自然發(fā)火狀況，目前只有井下微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等指標(biāo)性氣體的采樣分析，分析氣體種類齊全。

因此，束管監(jiān)測系統(tǒng)升級改造選取井下微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)。

2.清水營煤礦微束管監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

根據(jù)清水營煤礦生產(chǎn)接續(xù)計劃，首采工作面為110206采煤工作面，接續(xù)工作面為110803采煤工作面，按照2個采煤工作面配置微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)，計劃在110206采煤工作面、110803采煤工作面分別布置一套井下色譜監(jiān)測分站，分別用于各采煤工作面開采、收尾回收期間采空區(qū)自然發(fā)火指標(biāo)性氣體檢測。

（1） 110206采煤工作面井下色譜監(jiān)測分站應(yīng)用。110206采煤工作面井下色譜監(jiān)測分站安裝在+965水平機電硐室內(nèi)，用于110206工作面回采、收尾及回撤期間采空區(qū)氣體檢測分析。在110206風(fēng)巷（距工作面300m）安裝3臺正壓輸氣泵站（2臺使用，1臺備用）及除塵放水裝置，每臺正壓輸氣泵站分2路4芯束管沿110206風(fēng)巷鋪向采煤工作面及采空區(qū)，分別檢測采煤工作面、采煤工作面回風(fēng)流、采煤工作面上隅角、采空區(qū)30m、60m、90m束管內(nèi)氣體情況，采空區(qū)氣體經(jīng)正壓輸氣泵向色譜監(jiān)測分站供氣，預(yù)計束管敷設(shè)長度為2650m。

（2）110803采煤工作面井下色譜監(jiān)測分站應(yīng)用。110803采煤工作面井下色譜監(jiān)測分站安裝在+1172水平機電硐室內(nèi)，用于110803工作面回采、收尾及回撤期間采空區(qū)氣體檢測分析。在110803風(fēng)巷（距工作面300m）安裝3臺正壓輸氣泵站（2臺使用，1臺備用）及除塵放水裝置，每臺正壓輸氣泵站分2路4芯束管沿110803風(fēng)巷鋪向采煤工作面及采空區(qū)，分別檢測采煤工作面、采煤工作面回風(fēng)流、采煤工作面上隅角、采空區(qū)30m、60m、90m束管內(nèi)氣體情況，采空區(qū)氣體經(jīng)正壓輸氣泵向色譜監(jiān)測分站供氣，預(yù)計束管敷設(shè)長度為3800m。

四、井下微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)組成

井下微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)主要由KQF8-Z礦用隔爆兼本安型多組份氣體分析主站、井下正壓輸氣泵站、防爆開關(guān)、束管、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、移動客戶端、系統(tǒng)監(jiān)控平臺等部分組成。

圖1 正壓輸氣泵結(jié)構(gòu)圖

1. 多組份氣體分析主站

多組份氣體分析主站由采樣控制模塊，電磁閥及驅(qū)動電路，微型色譜儀等組成，封裝在防爆色譜監(jiān)控分站的箱體內(nèi)，是束管監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過井上管理平臺給色譜監(jiān)測分站設(shè)置系統(tǒng)運行參數(shù)，在井上管理平臺的遠程控制指令下，將束管采樣得到的井下氣體，依次通過色譜儀進樣分析，并將結(jié)果通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，返回給井上系統(tǒng)管理平臺。

2.微型氣相色譜儀

微型氣相色譜儀是井下微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)核心分析單元，色譜數(shù)據(jù)采用工業(yè)環(huán)網(wǎng)通信，光纖傳輸。微型氣相色譜儀具有檢測速度快，便攜、檢測靈敏度高，可靠性好，維護成本低，檢測氣體組份多，易操作等優(yōu)點。同時，可以在采樣地點進行快速現(xiàn)場分析，也可將分析數(shù)據(jù)遠程傳輸，做到24h不停地生成井下氣體分析數(shù)據(jù)。

3.束管正壓輸氣泵站

束管正壓輸氣泵站采用雙泵頭結(jié)構(gòu)，雙路獨立工作，適應(yīng)長期連續(xù)運行，可根據(jù)現(xiàn)場實際需要采用雙路獨立輸出方式或雙路并聯(lián)為單路輸出方式工作。主要由輸氣泵、電動機、防爆開關(guān)、旁路閥、單向閥、切換閥、自動泄壓閥、自動放水閥、濾塵器、壓力表等組成，是正壓束管監(jiān)測的重要組成部分。如圖1所示。

（1）工作原理。束管輸氣泵站的壓氣構(gòu)件由傳動端的曲軸連桿機構(gòu)的往復(fù)運動帶動進行工作。壓氣構(gòu)件在壓腔內(nèi)作往復(fù)運動，促使壓腔壓力變化，在壓腔為負壓時，進氣閥打開，氣體被吸入壓腔，在氣體壓縮時，排氣閥打開，壓縮后的氣體輸出至冷卻系統(tǒng)，再經(jīng)濾水處理后送入輸氣管路。

（2）功能特點。①多功能使用，同時兼具正壓輸氣、負壓輸氣功能；②雙泵頭設(shè)計，一個泵站可以同時采集兩個地點，或并聯(lián)使用提高可靠性；③斷電自動泄壓保護，自動散熱設(shè)計，延長數(shù)十倍使用壽命，滿足24小時不間斷工作要求；④斷電旁通功能，井下斷電后仍然可保持使用井上負壓取氣的通路，更容易配合其他各種系統(tǒng)的使用；⑤網(wǎng)絡(luò)遠程控制，配合專用的網(wǎng)絡(luò)遠程控制單元和系統(tǒng)軟件，可以實現(xiàn)井上控制輸氣泵站的啟停，并監(jiān)控其運行狀態(tài)。

五、結(jié)語

通過對現(xiàn)用束管監(jiān)測系統(tǒng)進行分析，井下束管監(jiān)測系統(tǒng)升級改造為微色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)后，進一步增強了礦井防滅火基礎(chǔ)設(shè)施功能，保障了礦井安全生產(chǎn)。